Umlaufsteuerung

Differential-Schaltung bzw. Umlaufschaltung

Die sogenannte Umlaufsteuerung  bzw. Differentialsteuerung kann die Geschwindigkeit eines Zylinders erhöhen, ohne dass eine größere Pumpe verwendet werden muss. Das bedeutet eine Verringerung der Kosten bei kürzerer Zykluszeit.

In der folgenden Trickschaltung kann der Zylinder mit zwei unterschiedlichen Geschwindigkeiten ausfahren. So kann ein Leerhub bis zum eigentlichen Antreffen des Werkstückes mit großer Geschwindigkeit überwunden werden, um dann auf kleine Geschwindigkeit beim Auftreffen des Werkstückes umschalten zu können. Der Trick besteht in dem 3/2-Wegeventil, welches den Volumenstrom in der Rückleitung umleitet und der Eingangsseite des Zylinders wieder zuführt.

Wie funktioniert der schnelle Vorlauf?  Das Video gab darüber schon Auskunft. Wir betrachten noch einmal: Das auf der Kolbenstangenseite verdrängte Volumen wird über das Ventil 1S1 zusätzlich zur Pumpenfördermenge zugeleitet, wie folgende Hydraulik - Differentialschaltung funktioniert:

Hydraulik - Umlaufsteuerung bzw. Differentialsteuerung, Umlaufschaltung bzw. Differentialschaltung

Hydraulik - Umlaufsteuerung bzw. Differentialsteuerung, Umlaufschaltung bzw. Differentialschaltung

Eine höhere Ausfahrgeschwindigkeit kann man mit einer sogenannten Differentialschaltung (auch Umströmungsschaltung genannt) erreichen. Anwendbar auf Hydraulikzylindern mit einseitiger Kolbenstange.

Prinzip: Das auf der Stangenseite verdrängte Volumen Q2 wird der Kolbenseite zugeleitet, so dass sich ergibt:

Q1 = Qe  +  Q2

A1  * v1  = Qe   +   A2  * v2

da v1 = v2 folgt:     A1 * v – A2 * v   =   Qe

 v   =    __Qe__
             A1 – A2                                                                                                                                 
bzw. da Kolbenfäche A1 - Ringfläche A2 = Stangenfläche folgt:  v = Qe/A St

Der von der Pumpe verdrängte Volumenstrom Qe erzeugt auf beiden Kolbenflächen einen Druck. Dadurch verringert sich die resultierende Kolbenkraft und der Wirkungsgrad sinkt stark ab:

Damit ergibt sich:

FK = p * AK      ¦          Fres = FK – FR = p (AK – AR)

FR = p * AR      ¦          Fres = p * AST

Der von der Pumpe verdrängte Volumenstrom Qe erzeugt auf beiden Kolbenflächen einen Druck. Dadurch verringert sich die resultierende Kolbenkraft und der Wirkungsgrad sinkt stark ab!

Bem.: Index `K` für Kolben
          Index `R` für Ring
          Index `St` für Stange

Verständnisfrage: Wieso kann der Zylinder in der Differentialschaltung ausfahren, wenn doch bei einem geschlossenem System der Druck überall gleich ist?

Antwort:  Weil die Kölbenfläche größer ist als die Ringfläche. Nach dem Gesetz von Pascal F = p * A ist nun die Kolbenkraft größer als die Ringgraft.


Hydraulische Umlaufsteuerung Aufgabe

Arbeitsauftrag: 

Gegeben ist die hydraulische Umlaufsteuerung mit Qe = 20 l/min; p = 80 bar; Kolbenfläche = 4,00 cm2,  Ringfläche = 2,00 cm2. Berechnen Sie die Ausfahrgeschwindigkeit mit und ohne Umströmung sowie die Einfahrgeschwindigkeit!

Entwickeln Sie zur neben abgebildeten Lastkreis den dazugehörigen Elektro-Steuerkreis und alternativ eine SPS-Steuerung mit Programm!

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